ALMA MATER STUDIORUM-UNIVERSITA’ DI …UNI EN ISO 10079-1, stilata dalla Comunità Europea nel 2009, in cui sono specificati i requisiti minimi di sicurezza e di prestazione per

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ALMA MATER STUDIORUM-UNIVERSITA’ DI BOLOGNA

CAMPUS DI CESENA

SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA BIOMEDICA

TITOLO DELL’ELABORATO

Analisi comparativa delle prestazioni di aspiratori chirurgici

portatili

Elaborato in

Laboratorio di Bioingegneria

Relatore Presentata da

Prof. Ing. Stefano Severi Giuseppe Menfi

Correlatori

Ing. Andrea Visotti

Prof. Ing. Maurizio Lannocca

Sessione Terza

Anno Accademico 2012/2013

1

1

Introduzione………………………………………………………… 1

Cap. 1: Principi di funzionamento

Componentistica di un aspiratore chirurgico……............. 3

Pompe a vuoto………………………….……………………... 9

Funzionamento di un aspiratore chirurgico………………. 13

Cap. 2: Introduzione allo studio

Obiettivi……………………………………………...………… 14

Progettazione di un protocollo…………………….…….….. 15

Disegno dello studio………………………………………….. 20

Cap. 3: Implementazione del protocollo

Valutazione della risposta..….……………………………….. 27

Analisi statistica……………………………………………….. 68

Conclusioni ……………..…………………………………....…. 72

Appendice…………………...…………………………………… 76

1

INTRODUZIONE

Con il termine aspiratore chirurgico si fa riferimento ad una particolare classe di

dispositivi elettronici utilizzati in ambito medico per l’aspirazione di liquidi

corporei che potrebbero ostruire orifizi del paziente o impedire, durante un

intervento di osservare una zona di interesse. E’ chiaro che, nella chirurgia

moderna, questo tipo di strumento ricopre un ruolo potenzialmente fondamentale,

dalla cui presenza e funzionalità potrebbe dipendere la vita del paziente. Per

questo motivo gli aspiratori chirurgici sono sottoposti a normative, molto

restrittive, che regolano le loro funzionalità.

La normativa che regola i criteri di costruzione degli aspiratori chirurgici è la

UNI EN ISO 10079-1, stilata dalla Comunità Europea nel 2009, in cui sono

specificati i requisiti minimi di sicurezza e di prestazione per gli aspiratori per

uso medico e sia in ambito professionale ed home care. Oltre a tale normativa gli

aspiratori chirurgici sono soggetti a norme internazionali di carattere generale

sulla sicurezza basilare e sulle performance minime garantite da un sistema

elettronico medicale,EN60601-1, EN60601-1-11 e EN60601-1-2.

Gli aspiratori chirurgici portatili, detti anche “da campo”, perché oltre a

funzionare con la normale alimentazione, sono muniti di una batteria, che ne

consente il trasporto, devono rispettare, oltre la parte della normativa 10079-1

comune a tutti gli aspiratori, anche ulteriori specifiche.

2

Le principali specifiche che un aspiratore portatile deve rispettare sono:

Componenti e montaggio generale: gli aspiratori portatili, o “da

campo”, devono avere dimensioni tali da consentire il passaggio

dell’apparecchiatura, compresa, se prevista, la cassa o l’intelaiatura per il

trasporto, completa del contenuto attraverso un’apertura rettangolare le

cui dimensioni siano pari a 600mm x 300mm; inoltre la massa completa

con tutta la dotazione di serie non deve superare i 6 Kg.

Aspiratori trasportabili alimentati a batteria (alto flusso/alto vuoto):

questi devono funzionare per almeno 20 minuti e durante questo periodo

il flusso deve mantenersi non inferiore al flusso minimo di 20 L/min.

Ovviamente queste sono una piccola parte delle restrizioni a cui sono sottoposti

tali dispositivi, ma sono anche le specifiche primarie per quanto riguarda il

funzionamento e le caratteristiche strutturali per un aspiratore. Ed è proprio da

questo aspetto che parte questo progetto, in collaborazione con la ditta CA-MI srl.

Con questo progetto infatti ci proponiamo di confrontare le prestazioni di tre

differenti aspiratori chirurgici e testare se tali dispositivi, attualmente in

commercio, hanno delle prestazioni che si differenziano in maniera significativa

dai dati forniti dai loro data sheet.

3

CAPITOLO 1: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

1.1) Componentistica di un aspiratore da campo a 12 V

Gli aspiratore da campo sono di norma molto semplici dal punto di vista

componentistico, tuttavia devono rispettare norme molto severe per poter essere

certificati e messi in commercio. Un aspiratore generico è costituito da:

Motore per creare il vuoto;

Vaso porta liquidi;

Filtro anti-batterico e idrofobico;

Batteria di alimentazione per il motore e la scheda elettronica;

Manopola per la regolazione del flusso;

Scheda elettronica che controlla lo stato della batteria e della sua ricarica;

Vuotometro che misura la depressione all’interno del vaso;

Valvola di sicurezza all’interno del vaso per impedire al materiale

biologico di entrare in contatto col motore;

Segnalatori luminosi per lo stato di carica della batteria (led);

Tubi in silicone per il collegamento tra le varie parti del sistema;

Pulsante per l’accensione e lo spegnimento dell’aspiratore.

4

Figura1: Componentistica esterna di un aspiratore chirurgico portatile, Askir 36 BR

Motore:

Come vedremo gli aspiratori chirurgici possono essere comparati, grazie al loro

principio di funzionamento, alle pompe a vuoto. Le principali tipologie di motori

che vengono utilizzati per la realizzazione di un aspiratore chirurgico portatile

sono a pistone o a membrana.

I motori (pompe) a pistone sfruttano la variazione di volume in una camera per

provocare un'aspirazione o una spinta su un fluido. La variazione di volume è

ottenuta con lo scorrimento alternato di un pistone in un cilindro, e

opportune valvole che forzano il fluido a scorrere in una sola direzione e ne

impediscono il reflusso durante la corsa di ritorno del pistone. L'azione della

pompa premente non ha alcuna limitazione teorica. I limiti sono dovuti ai

problemi di contenimento della pressione elevata da parte della camera della

pompa, delle guarnizioni e delle valvole.

http://it.wikipedia.org/wiki/Pistone_(meccanica)

http://it.wikipedia.org/wiki/Cilindro_(meccanica)

http://it.wikipedia.org/wiki/Valvola_di_ritegno

5

Le pompe a membrana hanno un funzionamento analogo a quello delle pompe a

pistone, con la differenza che la variazione di volume, che provoca il flusso di

aspirazione, è data dall'oscillazione di una membrana che chiude un lato di una

camera.

Il vantaggio di questa soluzione è l'assoluta impermeabilità ottenuta con

l'eliminazione dello scorrimento tra parti. Il movimento può essere impresso alla

membrana per via meccanica, per esempio attraverso un sistema a leva e

manovella, oppure pneumaticamente introducendo e rilasciando aria compressa

in una camera opposta a quella di pompaggio.

La pressione massima è limitata dalla resistenza del materiale che costituisce la

membrana. Possiamo schematizzare le differenze tra i due tipi di motore in

questo modo:

VANTAGGI SVANTAGGI

Motore a

membrana

Performance superiori;

Stesse prestazioni in

aspirazione e

compressione;

Resistenza chimica**;

Resistenza meccanica*;

Costi elevati;

Pressione massima limitata

dalla resistenza del

materiale della membrana;

Motore a pistone

Basso costo;

Buone prestazioni;

Pressione massima

teoricamente senza

limitazioni;

Elevate pressioni da dover

contenere;

Diverse prestazioni in

aspirazione e compressione;

* La pompa a membrana è uno strumento molto resistente in cui la

necessità di manutenzione ordinaria è ridotta ad un intervento ogni circa 2

anni.

** Questo genere di pompe trovano un largo utilizzo soprattutto in

ambienti come laboratori per la loro resistenza chimica, il vuoto privo di

residui d’olio, e la disponibilità di soluzioni per il recupero dei solventi.

6

Filtro Anti-batterico idrofobico:

Il filtro anti-batterico è un accessorio degli aspiratori chirurgici il cui ruolo

principale è il blocco di elementi solidi potenzialmente patogeni. Di norma

consiste in un disco con un diametro di 6/6,5 cm, con annesse due bocchette con

il quale può incastrarsi nei tubi di silicone, e raggiunge un’altezza di 5/5,5 cm.

L’involucro esterno è realizzato con materiale plastico mentre all’interno è situato

un disco di PTFE (teflon) idrofobico.

Di norma questi filtri sono caratterizzati da un’elevata efficienza, una buona

resistenza termica (riescono a sopportare temperature fino a 60°C ) e una

capacità di filtraggio di elementi fino a 10-8

metri.

Figura 2: Filtro anti-batterico idrofobico.

7

Batteria:

La maggior parte degli aspiratori chirurgici portatili che si trovano in commercio

sono dotati di batterie realizzate a piombo oppure a litio.

La batteria a piombo (detta anche accumulatore al piombo-acido) è il tipo più

vecchio di batteria ricaricabile, molto usata soprattutto per automobili, moto e

altri veicoli a motore.

È formata da sei celle in serie, in grado di fornire una differenza di potenziale, in

piena carica, di 12,73 V a circuito aperto (2,13 V per la singola cella) e di 12 V

quando è in funzione (2 V per la singola cella). Le sue caratteristiche migliori

sono la sua capacità di fornire un'elevata potenza istantanea e il suo costo basso.

Quando la batteria è nella fase di scarica, si deposita solfato di piombo sulle

piastre in forma cristallina, proseguendo ulteriormente nel processo, aumenterà la

quantità di solfato fino a diventare uno strato biancastro di ‘solfato bianco di

piombo. Scaricandola completamente, si interrompe l’attività elettrochimica della

batteria stessa, che può essere ricaricata solo ad un livello molto inferiore alla sua

capacità nominale. Se lasciata in queste condizioni molto tempo, il solfato che si

formerà impedirà la ricarica della batteria stessa rendendola completamente

inutilizzabile. Inoltre anche scariche parziali, ma prolungate e ripetute nel tempo,

senza una successiva fase di ricarica, danno origine allo stesso fenomeno, anche

se più lentamente e con esiti meno evidenti. La batteria al litio (nota anche

come accumulatore agli ioni di litio) è un tipo di batteria comunemente impiegato

nell'elettronica di consumo. È attualmente uno dei tipi più diffusi di batteria

per laptop e telefono cellulare. Tra le sue caratteristiche più importanti abbiamo

uno dei migliori rapporti peso/potenza, nessun effetto memoria ed una lenta

perdita della carica quando non è in uso. Tali batterie possono essere pericolose

se impiegate impropriamente e se vengono danneggiate, e comunque, a meno che

non vengano trattate con cura, si assume che possano avere una vita utile più

corta rispetto ad altri tipi di batteria.

Le batterie agli ioni di litio possono essere costruite in una vasta gamma di forme

e dimensioni, in modo da riempire efficientemente gli spazi disponibili nei

dispositivi che le utilizzano.

http://it.wikipedia.org/wiki/Batteria_ricaricabile

http://it.wikipedia.org/wiki/Automobili

http://it.wikipedia.org/wiki/Motocicletta

http://it.wikipedia.org/wiki/Veicolo_a_motore

http://it.wikipedia.org/wiki/Differenza_di_potenziale

http://it.wikipedia.org/wiki/Batteria_(chimica)

http://it.wikipedia.org/wiki/Elettronica_di_consumo

http://it.wikipedia.org/wiki/Portatile

http://it.wikipedia.org/wiki/Telefono_cellulare

http://it.wikipedia.org/wiki/Batteria_ricaricabile#Effetto_memoria

8

Il principale svantaggio della batteria a litio è che questa tipologia di batteria

soffre di una lenta perdita permanente di capacità ovvero presenta un degrado

progressivo anche se non viene utilizzata. Una pila al Litio singola non va mai

scaricata sotto una certa tensione, per evitare danni irreversibili. Di conseguenza

tutti i sistemi che utilizzano batterie al Litio, come avviene anche per le batterie al

Piombo, sono equipaggiati con un circuito che spegne il sistema quando la

batteria viene scaricata sotto la soglia predefinita. Di solito sono anche più

costose:

VANTAGGI SVANTAGGI

Batteria al

Piombo

Elevata potenza

istantanea;

Basso costo;

Buone prestazioni;

Vita più lunga;

Veloce scarica quando

non è in uso;

Inutilizzabile se lasciata

scarica per troppo tempo;

Inadatta a seguire cicli di

scariche parziali continui;

Batteria al

Litio

Ottimo rapporto

peso/potenza;

Ottime prestazioni;

Nessun effetto di memoria;

Lenta scarica quando non è

in uso;

Costi elevati;

Potenzialmente pericolose;

Perdita permanente di

capacità;

Vita più breve;

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1.2) Pompe a vuoto

Una pompa a vuoto è un dispositivo meccanico utilizzato per creare e mantenere

il vuoto (cioè una condizione di pressione minore della pressione atmosferica);

per adempiere tale scopo, la pompa da vuoto asporta il gas contenuto in una

camera da vuoto alla quale è collegata la pompa attraverso delle condutture. In

buona sostanza, quando parliamo di aspirazione di una sostanza gassosa, una

pompa a vuoto è un compressore, in quanto porta un fluido in fase gassosa da una

pressione più bassa ad una più alta.

Batteria

Scheda Elettronica

Motore

Figura 3: Componentistica interna di un aspiratore chirurgico portatile, VacuAide 7305.

http://it.wikipedia.org/wiki/Vuoto_(fisica)

http://it.wikipedia.org/wiki/Gas

http://it.wikipedia.org/wiki/Compressore

10

La differenza, nell'accezione comune, sta nel fatto che un compressore lavora a

pressione di aspirazione costante, mentre la pompa a vuoto lavora a pressione di

aspirazione variabile (decrescente) e a pressione di mandata costante.

Ogni pompa a vuoto opera in un limitato range di pressione che, di solito, è

limitato dalla pressione del vapore del materiale di costruzione e dal passaggio di

fluidi nella pompa. Per un ampio valore di pressioni la velocità di pompaggio di

una pompa è costante, ma al diminuire delle pressione nella camera da vuoto, si

ha che il suo contenuto di materia diminuisce e contemporaneamente la

sublimazione dei materiali, il degassamento delle pareti e gli eventuali buchi,

fanno sì che la portata diminuisce molto rapidamente. Poiché la pressione tenderà

a diminuire progressivamente nel tempo, in quanto si ridurrà il flusso dei gas

provenienti dal degasaggio delle pareti del recipiente a vuoto, si assume come

valore della pressione limite quello misurato quando ogni ulteriore riduzione di

pressione nel tempo risulta trascurabile.

Esistono diversi tipi di pompe di vuoto che coprono differenti intervalli di

pressione. Ogni tipo di pompa è caratterizzato dal valore della portata

volumetrica Q (detta anche velocità di pompaggio) e mediante il valore della

minima pressione raggiunta (pressione limite). Le pompe a vuoto sono

classificate a seconda dei fenomeni fisici o chimici responsabili della fuoriuscita

di molecole di gas da un vaso depressurizzato:

a) Pompe a getto di liquido o gas, nelle quali si sfrutta la trasformazione della

"energia di velocità" di un fluido in "energia di pressione";

b) Pompe meccaniche, che realizzano l'aspirazione e lo scarico del gas mediante

parti meccaniche in movimento;

c) Pompe a vapore, basate sul trasferimento di quantità di moto tra le molecole di

una corrente di vapore e le molecole di un altro aeriforme;

d) Pompe ad assorbimento, criopompe, ioniche, getter, a sublimazione nelle quali

il gas da evacuare viene fissato senza essere espulso dalla camera: in pratica non

hanno uscita di scarico.

E’ evidente che, sotto molti aspetti, il nostro aspiratore chirurgico può, a buon

ragione, essere di fatto considerato come un particolare tipo di pompa a vuoto.

11

Tra i vari tipi di pompe a vuoto, quelli che come funzionamento sono meglio

associabili agli aspiratori chirurgici sono le pompe meccaniche e le pompe a

membrana.

Pompe meccaniche:

Tra i vari tipi di pompe meccaniche che producono il vuoto primario (basso e

medio vuoto) le due tipologie principali sono le pompe rotative a palette e le

pompe a pistone rotante.

Il corpo centrale di una pompa rotativa a palette è costituito da una cavità

cilindrica entro la quale ruota, attorno ad un asse traslato rispetto all’asse della

cavità (eccentrico) , un rotore che ha una scanalatura lungo una direzione

diametrale. In essa vi sono alloggiate due palette che aderiscono alla parete della

cavità cilindrica in virtù dell’azione della molla compressa tra le due palette.

L’azione della pompa può essere divisa in tre fasi:

1) Il gas dell’impianto da vuotare è aspirato nella zona punteggiata.

2) Il gas è quindi trascinato in rotazione e compresso.

3) Esso è quindi espulso attraverso la valvola.

Un altro tipo di pompa a vuoto meccanica è denominata a pistone rotante, e si

differenzia dalle pompe ad alette perché capace da una maggiore velocità di

pompaggio; in essa l’albero di rotazione del rotore è coassiale rispetto alla cavità

cilindrica mentre il corpo del rotore (camma) è eccentrico rispetto all'albero.

L’azione di questa pompa può essere divisa in tre fasi:

(1) Un pistone cavo trascinato dalla camma eccentrica pone in comunicazione il

recipiente da evacuare con la cavità cilindrica.

(2) La camma nella sua rotazione fa si che il pistone scorra con moto alternativo

nella guida (oscillante nella sua sede) e metta alternativamente la camera di

compressione in comunicazione con il recipiente da evacuare oppure la isoli.

(3) Il rotore durante il suo moto comprime i gas fino ad espellerli nell'atmosfera

attraverso la valvola di scarico.

12

Pompe a diaframma (membrana):

Le pompe a diaframma (o membrana) sono molto solide ed economiche. Si

basano sul moto alternativo di un pistone con membrana, che aspira, comprime

ed espelle il gas. È quindi un tipo di pompa alternativa aspirante e premente e

perciò può essere utilizzata anche per il trasferimento o per l'erogazione dei gas.

Nella testata con il condotto d'entrata controllato dalla valvola d'aspirazione e

quello d'uscita controllato dalla valvola di mandata, è situata la zona pneumatica,

su cui agisce un diaframma costituito da una membrana flessibile di PTFE

(Teflon) o di elastomero sintetico (Neoprene, Viton), avvitata sulla testa di una

biella azionata dall'albero a gomito guidato dal motore.

La membrana isola ermeticamente il comparto del vuoto dai meccanismi della

pompa, assicurando un ambiente completamente esente da olio, ed è un

componente molto importante per le prestazioni della pompa.

I motori di diverso tipo sono in presa diretta con la pompa a comando elettronico;

i parametri possono essere selezionati da tastiera con memoria per il loro

recupero all'avviamento. Possono disporre di dispositivi di sicurezza e di

controllo.

Le pompe a membrana sono prodotte in varie dimensioni (da banco e portatili) a

singola o a doppia testata, con campi di portate da qualche litro a un centinaio di

litri/min. Il moto alternativo del pistone può essere orizzontale o verticale. Si

generano bassi e medi vuoti (in media 5-8 Torr),ma qualche modello speciale può

arrivare a 0,1 Torr. Non usando olio, sono valide come preparatorie per HV e

UHV, quando è necessaria grande pulizia e bastano prevuoti moderati.

13

1.3) Principi di funzionamento

Un aspiratore chirurgico sfrutta il gradiente di pressione che si crea tra interno ed

esterno del vaso per far entrare all’interno dello stesso i liquidi aspirati. La

depressione all’interno del vaso di raccolta è creata da una coppia di valvole

montate sulla testa del pistone. Queste valvole svolgono due azioni differenti in

momenti differenti chiamati fase positiva e negativa del pistone.

La fase positiva si ha quando il pistone, spinto dal motore elettrico, sale verso la

testa del cilindro provocando una compressione dell’aria che si trova all’interno

del cilindro. Quest’aria viene espulsa tramite un condotto, chiuso da una valvola,

che collega il cilindro con l’ambiente esterno. La fase negativa si ha quando il

pistone, dopo aver finito la sua corsa, torna e ripercorre al contrario la camera del

cilindro. In questa fase il pistone tornando indietro chiude la valvola del condotto

di comunicazione con l’esterno ed apre la valvola che mette in comunicazione il

vaso e la camera del cilindro, permettendo al pistone di togliere l’aria dal vaso.

L’aria che ora è contenuta all’interno del cilindro uscirà durante la nuova fase

positiva del pistone; sarà pertanto l’alternanza in rapida successione delle fasi

positiva/negativa a creare la depressione e l’aspirazione che servono

all’aspiratore chirurgico per avere un corretto funzionamento.

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CAPITOLO 2: INTRODUZIONE ALLO STUDIO

2.1) Obiettivi

L’obiettivo del progetto è il confronto delle prestazioni di tre differenti aspiratori

chirurgici portatili, forniti dalla ditta CA-MI srl. Prima di testare i dispositivi è

stato deciso di creare un protocollo da applicare per poter eseguire nel modo più

coerente possibile l’acquisizione dei dati dagli aspiratori. Il protocollo è stato

strutturato su quelli che, a buon ragione, possono essere considerate le

caratteristiche primarie che differenziano le prestazioni di un tale dispositivo. Si

sono testati tre dispositivi a batteria, provenienti da tre case costruttrici differenti:

ASKIR 36 BR (CA-MI srl): è un aspiratore portatile caratterizzato da un

motore a membrana, una batteria da 12 V al Piombo, un vaso porta liquidi

della capacità di 1,2 litri e dotato di un solo led per la segnalazione dello

stato di carica della batteria;

OB1000 (Boscarol): è un aspiratore portatile caratterizzato da un motore a

pistone (testa di 2,61 cm), una batteria da 12 V al Piombo, un vaso porta

liquidi della capacità di 0,8 litri e dotato di quattro led per la segnalazione

dello stato di carica della batteria e della carica residua;

VacuAide 7350P (Devilbiss): è un aspiratore portatile caratterizzato da un

motore a pistone (testa di 4,0 cm), una batteria composta da 6 batterie da 2

V al Piombo, un vaso porta liquidi della capacità di 1 litro e dotato di tre

led per la segnalazione dello stato di carica della batteria;

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2.2) Progettazione di un protocollo

Per ottenere uno studio quanto più generale e imparziale possibile, risultava

fondamentale individuare una lista di caratteristiche, tali da poter identificare al

meglio i vari aspetti del funzionamento dei vari aspiratori. Dopo aver individuato

tali caratteristiche è stato necessario ideare delle prove adatte per metterle in

risalto.

Le prove sono state effettuate nel laboratorio della facoltà, potendo quindi

usufruire della strumentazione già presente.

Nel disegno di queste prove è stato di grande importanza tener conto anche della

possibilità di replicare tali prove in modo da ottenere dei dati consistenti per una

possibile indagine statistica. Tra le caratteristiche che possono maggiormente

influenzare il funzionamento di tali dispositivi, troviamo :

1) Flusso di aspirazione;

2) Capacità di aspirazione con diversi liquidi;

3) Durata della batteria;

4) Potenza assorbita dal motore;

5) Peso;

6) Durata della batteria in uso continuo;

7) Temperatura raggiunta nel punto più caldo all’interno del dispositivo.

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2.2.1) Flusso di aspirazione:

Quando si parla di flusso di aspirazione si intende la quantità di liquido/gas che

un’apparecchiatura aspira in un determinato intervallo di tempo (tipicamente

Litri/minuti). Il flusso di un aspiratore portatile, dove con il termine “portatile” si

definiscono quegli aspiratori che possono funzionare a batteria oltre che con

alimentazione a 220 V, quindi trasportabili, deve rispettare la normativa UNI EN

ISO 10079-1, la quale impone che il flusso minimo garantito è di 20 L/min.

Diventa pertanto di fondamentale importanza testare i vari dispositivi per

constatare che questa caratteristica sia soddisfatta ed eventualmente monitorare

per quanto tempo l’ aspiratore riesce a mantenere quel flusso.

Per poter misurare il flusso di aspirazione faremo uso di un Flussimetro D6F-

50A5-000 a MEMS della Omron, il quale riesce a misurare un flusso d’aria che

lo attraversa da valori di 0 a 50 L/min.

Struttura e principio di funzionamento del flussimetro:

Il sensore di flusso è composto da due termopile, una in un lato e l’altra nel lato

opposto, e di un elemento che si riscalda usato per misurare le deviazioni nella

simmetria di calore che sono causate dal flusso del gas che lo attraversa in un

senso o nell’altro.

Quando non è presente un flusso, la distribuzione di temperatura è concentrata

intorno al riscaldatore e quindi la tensione differenziale tra le due termopile è 0

V. Quando il più piccolo flusso è presente, la temperatura dal lato del riscaldatore

che affronta il flusso si raffredda e riscalda l’altro lato del riscaldatore.

La differenza della temperatura compare come tensione differenziale fra le due

termopile e quindi genera l’uscita in volt.

17

Figura 4: Flussimetro a MEMS D6F-50A5-000, Omron

2.2.2) Capacità d’aspirazione con sostanze liquide:

Per provare che l’aspiratore chirurgico è effettivamente funzionante risulta di

fondamentale importanza fare una test di utilizzo con alcuni liquidi come sangue

o acqua, e vedere come si differenzia il comportamento dell’aspiratore rispetto a

quando è testato “a vuoto”.

2.2.3) Tempi di ricarica totale:

Un altro fattore importante per un aspiratore chirurgico è il tempo necessario a

ricaricarsi. Per quanto riguarda questo aspetto si può monitorare sia il tempo

impiegato dalla batteria per ricaricarsi alla carica massima, sia il tempo che

impiega il dispositivo a raggiungere la carica necessaria per generare un valore

del flusso minimo di 20 L/min.

18

2.2.4) Peso e dimensione dei dispositivi:

Il peso dell’aspiratore è un’altra caratteristica che è sottoposta a restrizione dalla

normativa UNI EN ISO 10079-1, la quale stabilisce che il massimo peso che un

aspiratore “da campo” può avere sia di 6 Kg. Le dimensioni di questi dispositivi,

invece, devono essere tali da consentire il passaggio dell’apparecchiatura,

compresa, se prevista, la cassa o l’intelaiatura per il trasporto, completa del

contenuto, attraverso un’apertura rettangolare le cui dimensioni siano pari a

600mm x 300mm.

2.2.5) Potenza assorbita dal motore:

Una caratteristica di rilievo è la potenza assorbita dal motore dei dispositivi

durante il funzionamento in continuo. Una volta misurata, dal valore della

potenza potremo ricavare anche il valore del lavoro assorbito dal motore durante

un ciclo completo di scarica.

2.2.6) Durata della batteria in uso continuo:

Per questa caratteristica non sono state fatte prove specifiche, in quanto già in

altri test, come flusso/ temperatura/ potenza, il dispositivo veniva scaricato

completamente partendo da uno stato di piena carica. Dai dati raccolti per queste

misure si valuterà la durata di funzionamento degli aspiratori posti ad indagine.

2.2.7) Temperatura raggiunta all’interno del dispositivo:

Una delle caratteristiche principali da dover considerare, soprattutto per evitare

una rottura/malfunzionamento futuro del dispositivo, è la massima temperatura

raggiunta all’interno dell’aspiratore (normalmente questi dispositivi sono

realizzati con una carcassa di plastica, in modo da non avere una superficie

ustionante potenzialmente a contatto).

Per poter misurare la temperatura raggiunta all’interno verrà utilizzata una

termocoppia collegata ad un tester.

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Struttura e principio di funzionamento della termocoppia:

Una termocoppia è un sensore di temperatura che sfrutta un fenomeno chiamato

effetto Seebeck, che consiste nella presenza di una differenza di potenziale che si

instaura quando, in un circuito costituito da due conduttori di natura diversa,

sottoposto ad un gradiente di temperatura.

Una termocoppia è costituita quindi da una coppia di conduttori elettrici

congiunti in un medesimo punto (giunto caldo). L’altra estremità, costituita dalle

estremità libere dei conduttori è detta giunzione fredda. Quando si instaura una

differenza di temperature ΔT tra i giunti si può rilevare tra le estremità libere dei

conduttori una differenza di potenziale (in corrispondenza del giunto freddo) che

è direttamente riconducibile alla differenza di temperatura misurata. Nel nostro

caso il potenziale rilevato veniva trasmesso dalla termocoppia che lo convertiva

in una temperatura.

TERMOCOPPIA

Figura 5: Termocoppia utilizzata per il monitoraggio della temperatura.

20

2.3) Disegno dello studio

2.3.1) Flusso di aspirazione:

Per la realizzazione di questa prova, abbiamo connesso la sonda di aspirazione

direttamente ad uno degli ingressi del flussimetro:

Figura 6: Setup utilizzato per il monitoraggio del flusso di aspirazione.

Il flussimetro veniva alimentato con 12 V e il valore del flusso veniva fornito

come tensione differenziale in uscita.

La prova è stata condotta partendo da uno stato di piena carica dell’aspiratore

(non alimentato) il quale aspirava aria connesso al flussimetro, ed il valore del

flusso veniva rilevato ogni 5 minuti fino alla completa scarica del dispositivo.

Ogni prova è stata condotta tre volte per ogni aspiratore.

21

I valori del flusso sono stati ottenuti poi dal data sheet del flussimetro, nel quale

sono presenti i seguenti valori corrispondenti tra flusso e tensione di uscita:

D6F-50A5-000 Flusso(L/min) 0 10 20 30 40 50

Tensione (V) 1.0±0.12 2.45±0.12 3.51±0.12 4.2±0.12 4.66±0.12 5.0±0.12

Tabella 1: relazione tra tensione e flusso.

Per avere maggiore semplicità di interpretazione dei dati forniti dal datasheet,

soprattutto in considerazione della sua non linearità, abbiamo utilizzato Matlab:

Grafico 1: Rappresentazione della relazione tra flusso e tensione

realizzata con Matlab. Essendo il grafico non lineare, una piccola

diminuzione di tensione può provocare un notevole abbassamento del

flusso, soprattutto per tensioni elevate.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5Grafico Tensione-Flusso

Flusso di aria (L/min)

Tensio

ne d

i uscita V

out

(V)

22

Flusso(L/min) Tensione (V)

0.00 1.0

0.70 1.1

1.39 1.2 Codice Matlab:

2.07 1.3

2.74 1.4

3.41 1.5

4.07 1.6

4.74 1.7

5.40 1.8

6.07 1.9

6.76 2.0

7.45 2.1

8.15 2.2

8.88 2.3

9.62 2.4

10.39 2.5

11.18 2.6

11.99 2.7

12.84 2.8

13.73 2.9

14.65 3.0

15.60 3.1

16.60 3.2

17.65 3.3

18.74 3.4

19.88 3.5

21.08 3.6

22.34 3.7

23.67 3.8

25.10 3.9

26.62 4.0

28.25 4.1

30.00 4.2

31.89 4.3

33.92 4.4

36.12 4.5

38.49 4.6

41.05 4.7

43.81 4.8

46.79 4.9

50.00 5.0

x = 0 : 10 : 50 ;

y = [1 2.45 3.51 4.2 4.66 5] ;

yp = 1 : 0.1 : 5 ;

xp = spline(y, x, yp) ;

t = [xp ; yp] ;

plot (xp, yp, x, y, 'r o') , grid

title('Grafico Tensione-Flusso')

xlabel('Flusso di aria (L/min)')

ylabel('Tensione di uscita Vout (V)')

NOTA:

In realtà abbiamo considerato i valori della tensione fino al

Centesimo di Volt, quindi abbiamo realizzato in Matlab, una

Tabella Tensione/flusso approssimata al centesimo.

23

2.3.2) Capacità d’aspirazione con sostanze liquide:

In questo caso, non potendo utilizzare il flussimetro a MEMS della Omron, per

poter stimare il flusso, utilizziamo la sonda di aspirazione per svuotare un

recipiente contenente una prestabilita quantità di liquido (0,6/0,7 Litri).

Cronometrando il tempo di aspirazione, possiamo ottenere una buona stima del

flusso di aspirazione con sostanze liquide. Il liquido utilizzato è il sangue

artificiale. Le prove effettuate con il sangue consistevano nel cronometrare il

tempo impiegato dall’aspiratore a svuotare una prestabilita quantità d’acqua al

variare della depressione (le depressioni sono state scelte in modo da avere

depressione massima, minima e media). Successivamente le prove sono state

condotte a pressione massima, cronometrando il tempo impiegato ad aspirare una

certa quantità di sangue artificiale al variare della distanza tra aspiratore e

vaso(le distanze utilizzate sono state 0,5m e 1m). Ogni prova è stata ripetuta tre

volte per dispositivo.

Il sangue artificiale è stato realizzato utilizzando in proporzione:

500 mL di soluzione per infusione a gel, Gelofusine (B. BRAUN) ;

3 fiale da 600 mg in polvere/10 mL di solvente, antibiotico per uso

endovenoso a base di rifampicina, Rifadin (SANOFI AVENTIS);

1 fiala da 5 mL/62,5 mg, a base di ferro trivalente, per uso

endovenoso/orale, Ferlixit (SANOFI AVENTIS);

2.3.5) Potenza assorbita dal motore:

Per misurare la potenza assorbita dal motore abbiamo dovuto aprire l’involucro

dell’aspiratore e agire manualmente con delle modifiche per poter inserire due

tester. Il primo tester fungeva come amperometro e veniva messo in serie con il

motore mentre il secondo veniva utilizzato come un voltmetro e posto in parallelo

con il motore.

24


(non alimentato) che aspirava aria e il valore della potenza veniva rilevato ogni 5

minuti, come prodotto I*V, fino alla completa scarica del dispositivo. Ogni prova

è stata condotta tre volte per ogni aspiratore. Possiamo schematizzare tale

apparato così:

Schema 1: Rappresentazione schematica del sistema per il monitoraggio della

potenza assorbita dal motore, utilizzato per tutti gli aspiratori.

L’amperometro, messo in serie con il motore e impostato per la registrazione

della corrente continua, segnalava il valore della corrente che arrivava al motore.

La linea tratteggiata indica il normale collegamento tra batteria e motore, che è

stato tagliato per poter inserire l’amperometro. Il Voltmetro veniva collegato in

parallelo al motore, attraverso un cavo connesso direttamente al polo negativo

della batteria, mentre un altro cavo lo legava alla linea 2, ovvero con il cavo che

collega batteria ed amperometro. Il motivo di questa scelta risiede nel fatto che

l’amperometro aggiunge al sistema una piccola resistenza che causa una piccola

caduta di potenziale, normalmente assente. Quindi per eliminare la caduta di

potenziale introdotta dalla manomissione dell’apparato batteria-motore, si

collegava il voltmetro a monte dell’amperometro.

+ MOTORE

-

+ BATTERIA

-

BATTERIA

Amperometro Voltmetro

Linea 1

Linea

2

25

2.3.7) Temperatura raggiunta all’interno del dispositivo:

Come abbiamo detto in precedenza gli aspiratori chirurgici sono di solito

realizzati con una carcassa di materiale plastico ABS-V0, pertanto ciò che più ci

interessa sulla temperatura raggiunta all’interno del dispositivo è il valore più alto

registrato e dove si sviluppa tale temperatura, per poter prevedere un’eventuale

difetto che potrebbe compromettere in futuro l’uso del dispositivo.


(non alimentato) che aspirava aria, e il valore della temperatura veniva rilevato

ogni 5 minuti fino alla completa scarica del dispositivo. Ogni prova è stata

condotta tre volte per ogni aspiratore.

In primo luogo è stata individuata, in maniera qualitativa, la regione più calda

all’interno del dispositivo grazie ad una termo camera. Dopo aver individuato la

regione più calda dell’aspiratore, abbiamo fissato la termocoppia nella zona più

calda del dispositivo e si è proceduto con la registrazione della temperatura.

Problemi e soluzioni:

Originariamente il protocollo è stato progettato teoricamente, senza testare le

effettive performance degli aspiratori. Tuttavia durante l’applicazione del

protocollo ci siamo resi conto di alcune problematiche che ci hanno indotto ad

eseguire le prove diversamente da come progettato:

Prove di aspirazione con l’acqua: Le prove condotte con l’acqua

erano state inizialmente progettate differentemente rispetto a quelle con il

sangue. In particolare con l’acqua volevamo monitorare il tempo

impiegato dagli aspiratori per raggiungere il vuoto impostato. Occludendo

manualmente la sonda di aspirazione, e agendo sulla manopola di

regolazione del flusso, andavamo ad impostare una certa depressione.

Riempivamo un contenitore d’acqua, la cui quantità era quasi pari alla

capacità del vaso , e cronometravamo il tempo impiegato dagli aspiratori

per raggiungere il vuoto impostato.

26

Il risultato però è stato fallimentare per tutti gli aspiratori in quanto in tutti

i casi, a prescindere dal vuoto impostato e dal tipo di aspiratore, il

dispositivo riusciva ad aspirare una quantità di liquido quasi pari alla

capacità del vaso prima di raggiungere il vuoto impostato.

Tempi di ricarica : I tempi di ricarica degli aspiratori sono una

caratteristica molto interessante, ma sfortunatamente non è stato possibile

avere dei dati precisi e comparabili su questo parametro. Il protocollo era

stato strutturato ipotizzando di poter stimare sia il tempo di ricarica totale

sia il tempo di ricarica necessario, affinché il dispositivo riuscisse a

sviluppare un flusso minimo di 20 L/min.

Per quanto riguarda il tempo di ricarica totale, che viene di solito

segnalato dai led presenti sull’aspiratore, non è stato possibile avere delle

stime precise ma soltanto una valutazione generale (chi si ricarica prima),

in quanto negli accessori base forniti dai due aspiratori OB1000 e

VacuAide mancavano i caricabatterie “classici”. Infatti vengono forniti

solamente dei caricabatterie “car adapter”, il che ci ha costretti a utilizzare

un generatore di tensione collegato al car adapter per poter ricaricare tali

dispositivi. Quindi i dispositivi potevano essere caricati solo in laboratorio

(e in orario di laboratorio). Inoltre, un altro problema è stato il tempo di

ricarica eccessivamente lungo di suddetti aspiratori, tale che non si

riusciva nell’orario di apertura del laboratorio ad arrivare alla carica

completa.

Per quanto riguarda i tempi di ricarica necessari al raggiungimento dei 20

L/min i problemi sono sorti in quanto, dopo aver fatto delle prove sul

flusso dei dispositivi, si è constatato che almeno due dispositivi (Askir e

OB1000) anche a carica completa, difficilmente raggiungevano tale

soglia. Pertanto il tempo necessario affinché il dispositivo fosse capace di

creare un flusso di 20 L/min coincideva con il tempo di ricarica totale.

27

CAPITOLO 3: IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

3.1) Risposta dei dispositivi al protocollo

1. Flusso di aspirazione:

I risultati ottenuti, applicando il protocollo da noi previsto, per quanto riguarda il

flusso di aspirazione, sono i seguenti:

ASKIR: prova n°1

Tempo (min) Tensione Vout (V) Flusso (L/min)

0 3,50 19,88

5 3,48 19,65

10 3,47 19,53

15 3,46 19,42

20 3,44 19,19

25 3,43 19,08

30 3,42 18,97

35 3,40 18,74

40 3,37 18,41

45 3,34 18,08

50 3,25 17,12

55 1,00 0,00

Tabella 1: andamento della tensione di uscita del flussimetro/flusso in funzione

del tempo per l’Askir, prova 1.

28

ASKIR: prova n°2


0 3,62 21,33

5 3,46 19,42

10 3,45 19,31

15 3,44 19,19

20 3,43 19,08

25 3,42 18,97

30 3,40 18,74

35 3,38 18,52

40 3,31 17,76

45 1,00 0,00



ASKIR: prova n°3


0 3,48 19,65

5 3,46 19,42

10 3,45 19,31

15 3,44 19,19

20 3,42 18,97

25 3,41 18,85

30 3,39 18,63

35 3,36 18,30

40 3,30 17,65

45 1,00 0,00



29

ASKIR: media


0 3,53 20,24

5 3,47 19,53

10 3,46 19,38

15 3,45 19,31

20 3,43 19,08

25 3,42 18,97

30 3,40 18,74

35 3,36 18,30

40 3,33 17,97

45 3,34 18,08

50 3,25 17,12

55 1,00 0,00

Tabella 4: andamento della tensione di uscita media del flussimetro/flusso

medio in funzione del tempo per l’Askir. I valori della tabella compresi nelle

linee tratteggiate riportano i valori di una singola prova in quanto nelle altre due

prove il dispositivo ha avuto una durata di funzionamento inferiore.

NOTA:

I valori del flusso medio non sono stati ricavati mediando i valori del flusso

ottenuti nelle tre prove, ma ricavando il valore del flusso dalla media delle

tensioni di uscita dal flussimetro ricavate nelle tre prove.

30

Commenti:

I dati ottenuti mostrano che l’Askir tende a non raggiungere, se non nella parte

iniziale, ovvero quando è completamente carico, il limite imposto dalla normativa

di 20 L/min. Per poter analizzare meglio le prestazioni del dispositivo grafi

chiamo l’andamento del flusso medio in funzione del tempo:

Grafico 2: Rappresentazione grafica della relazione tra flusso medio e tempo

per l’Askir, realizzata con Matlab.

Dal grafico possiamo notare che il flusso generato dall’Askir ha un

comportamento quasi lineare per un buona frazione del suo tempo di

funzionamento ( all’incirca fino ai 40 minuti). Quello che più caratterizza il

grafico è la sua parte finale delineata da un brusco calo. Il motivo per cui si ha

una zona del grafico con una tale pendenza è dovuta alla tipologia di

funzionamento del dispositivo, infatti, a differenza del VacuAide e dell’ OB1000,

questo aspiratore è stato realizzato in modo tale da spegnersi automaticamente

quando al motore arriva una tensione minore di una certa tensione limite, il che si

verifica quando ancora il dispositivo riesce ad avere un flusso di circa 17 L/min.

0 10 20 30 40 50 6010

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

Tempo (min)

Flu

sso (

L/m

in)

Grafico Tempo/Flusso

31

VacuAide 7350P: prova n°1


0 3,65 21,70

5 3,64 21,57

10 3,64 21,57

15 3,63 21,45

20 3,62 21,33

25 3,61 21,20

30 3,60 21,08

35 3,59 20,96

40 3,58 20,84

45 3,58 20,84

50 3,56 20,59

55 3,55 20,47

60 3,52 20,12

65 3,50 19,88

70 3,40 18,74

75 3,19 16,50

80 2,82 13,02

85 2,54 10,70

90 2,27 8,67

95 1,95 6,41

100 1,60 4,08


del tempo per il VacuAide, prova 1.

NOTA:

I valori del flusso per questo particolare dispositivo sono riportati fino ai 100

minuti, in quanto, almeno in 2 prove su 3, arrivati a tale periodo di tempo, il

flusso raggiungeva valori molto bassi (4-6 L/min).

32



0 3,68 22,08

5 3,66 21,82

10 3,65 21,70

15 3,64 21,57

20 3,63 21,45

25 3,62 21,33

30 3,61 21,20

35 3,60 21,08

40 3,59 20,96

45 3,58 20,84

50 3,56 20,59

55 3,54 20,35

60 3,51 20,00

65 3,47 19,53

70 3,37 18,41

75 3,18 16,40

80 2,76 12,50

85 2,40 9,62

90 2,39 9,55

95 1,90 6,07

100 1,88 5,94



33


Tempo (min) Tensione Vout

(V)

Flusso (L/min)

0 3,64 21,57

5 3,65 21,70

10 3,64 21,57

15 3,63 21,45

20 3,62 21,33

25 3,61 21,20

30 3,60 21,08

35 3,58 20,84

40 3,52 20,12

45 3,44 19,19

50 3,39 18,63

55 3,33 17,97

60 3,27 17,33

65 3,17 16,30

70 3,02 14,83

75 2,92 13,91

80 2,84 13,19

85 2,77 12,59

90 2,73 12,26

95 2,65 11,58

100 2,60 11,18

105 2,53 10,62

110 2,38 9,47

115 2,23 8,37



In questa particolare prova abbiamo riportato i valori fino a 115 minuti in quanto

l’aspiratore ha generato un flusso, arrivati ai 100 minuti, molto superiore alle altre

prove.

34

Nel conteggio dei valori medi del flusso non verranno conteggiati i dati

successivi ai 100 minuti in quanto comunque rappresentano dei valori di flusso

molto bassi per un’applicazione pratica, tuttavia è importante mettere in evidenza

questo comportamento anomalo in cui il VacuAide è riuscito a mantenere un

flusso maggiore di 10 L/min per un periodo più lungo.

VacuAide 7350P: media


0 3,66 21,83

5 3,65 21,70

10 3,64 21,57

15 3,63 21,45

20 3,62 21,33

25 3,61 21,20

30 3,60 21,08

35 3,59 20,96

40 3,56 20,59

45 3,53 20,24

50 3,50 19,88

55 3,47 19,53

60 3,43 19,08

65 3,38 18,52

70 3,26 17,23

75 3,10 15,60

80 2,81 12,93

85 2,57 10,94

90 2,46 10,08

95 2,17 7,94

100 2,03 6,96


medio in funzione del tempo per il VacuAide.

Commenti:

35

Questo aspiratore mantiene delle buone performance, con un flusso che

supera il flusso minimo imposto dalla normativa, per un grande intervallo di

tempo ( tra i 45 e i 50 minuti). Per poter meglio analizzare le sue prestazioni

grafi chiamo l’andamento del flusso in funzione del tempo:


per il VacuAide, realizzata con Matlab.

Il grafico può essere idealmente suddiviso in due sezioni:

1. La prima parte del grafico, fino ai 65, mostra un andamento non lineare in cui

il flusso subisce un decremento molto piccolo ( 3/4 L/min );

2. La seconda parte del grafico, dai 70 minuti in poi, mostra invece un andamento

comunque lineare ma con una pendenza più ripida che comporta un decremento

in 30/35 minuti di oltre 10L/min.

Questo dispositivo, a differenza dell’Askir, continua ad aspirare incessantemente

fino alla completa scarica della batteria. Questo ne determina una durata molto

superiore ma non ne garantisce l’utilizzo per tale durata in quanto, dopo un certo

intervallo di tempo, il flusso che il dispositivo è in grado di generare risulta essere

eccessivamente basso per un’applicazione pratica.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1006

8

10

12

14

16

18

20

22

Flu

sso (

L/m

in)

Tempo (min)

Grafico Tempo-Flusso

36

OB1000: prova n°1


0 3,36 18,30

5 3,35 18,19

10 3,33 17,97

15 3,32 17,86

20 3,31 17,76

25 3,29 17,54

30 3,28 17,44

35 3,27 17,33

40 3,27 17,33

45 3,26 17,23

50 3,25 17,12

55 3,22 16,81

60 3,20 16,60

65 3,17 16,30

70 2,88 13,55

75 2,65 11,58

80 2,48 10,23

85 2,31 8,95

90 2,19 8,08

95 2,09 7,38

100 1,99 6,69

105 1,93 6,28

110 1,88 5,94


del tempo per l’OB1000, prova 1.

I valori del flusso di questo dispositivo sono stati riportati fino ai 110 minuti, in

quanto si è visto che nelle tre prove, dopo un tale periodo di tempo, il flusso

aveva valori molto bassi (4-6 L/min).

37

OB1000: prova n°2


0 3,34 18,08

5 3,35 18,19

10 3,35 18,19

15 3,35 18,19

20 3,35 18,19

25 3,34 18,08

30 3,33 17,97

35 3,32 17,86

40 3,32 17,86

45 3,31 17,76

50 3,30 17,65

55 3,29 17,54

60 3,28 17,44

65 3,25 17,12

70 3,24 17,02

75 3,19 16,50

80 2,80 12,84

85 2,48 10,23

90 2,27 8,87

95 2,09 7,38

100 1,99 6,69

105 1,93 6,28

110 1,88 5,94

Tabella 10: andamento della tensione di uscita del flussimetro/flusso in

funzione del tempo per l’OB1000, prova 2.

38

OB1000: prova n°3


0 3,37 18,41

5 3,37 18,41

10 3,37 18,41

15 3,36 18,30

20 3,36 18,30

25 3,35 18,19

30 3,34 18,08

35 3,34 18,08

40 3,33 17,97

45 3,32 17,86

50 3,31 17,76

55 3,31 17,76

60 3,28 17,44

65 3,27 17,33

70 3,25 17,12

75 3,23 16,91

80 3,16 16,20

85 2,80 12,84

90 2,50 10,39

95 2,31 8,95

100 2,12 7,59

105 1,97 6,55

110 1,89 6,01

Tabella 11: andamento della tensione di uscita del flussimetro/flusso in

funzione del tempo per l’OB1000, prova 3.

39

OB1000: media


0 3,36 18,30

5 3,36 18,30

10 3,35 18,19

15 3,34 18,08

20 3,34 18,08

25 3,33 17,97

30 3,32 17,86

35 3,31 17,76

40 3,31 17,77

45 3,30 17,65

50 3,29 17,54

55 3,27 17,33

60 3,25 17,12

65 3,23 16,91

70 3,12 15,80

75 3,02 14,83

80 2,81 12,93

85 2,53 10,62

90 2,32 9,02

95 2,16 7,87

100 2,03 6,96

105 1,94 6,35

110 1,88 5,94


medio in funzione del tempo per l’OB1000.

40

Commenti:

Questo aspiratore mostra delle prestazioni, in termini di flusso, poco

soddisfacenti in quanto, anche in piena carica, non soddisfa la normativa

sul flusso minimo garantito. Per poter analizzare meglio il flusso ne

grafichiamo l’andamento in funzione del tempo:

Grafico 4: Rappresentazione grafica della relazione tra flusso medio e

tempo per l’OB1000, realizzata con Matlab.

Il grafico può essere idealmente suddiviso in due sezioni:

1. La prima parte, fino a 65/70 min, mostra un andamento lineare in cui il

flusso subisce un decremento molto basso, circa 1,5L/min;

2. la seconda parte, da 70 min in poi, mostra invece un andamento non

lineare in cui il flusso decresce molto rapidamente, circa 0,3L/min.

Questo aspiratore ha un funzionamento simile a quello del VacuAide, cioè

continua ad aspirare incessantemente fino alla completa scarica della

batteria. Questo ne determina una lunga durata ma al contempo non ne

garantisce l’utilizzo per tale durata in quanto, dopo un certo intervallo di

tempo, il flusso che il dispositivo è in grado di generare risulta essere

eccessivamente basso per un’applicazione pratica.

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Tempo (min)

Flu

sso (

L/m

in)


41

RISULTATI A CONFRONTO:

Per il confronto tra i tre dispositivi sul flusso di aspirazione ci basiamo sul

grafico del flusso medio in funzione del tempo dei tre aspiratori:


per tutti gli aspiratori, realizzata con Matlab.

Come possiamo notare il VacuAide garantisce, soprattutto nei primi 70 minuti,

un flusso superiore agli altri due dispositivi sia per il valore sia per il tempo in cui

viene mantenuto tale valore. Per quanto riguarda gli altri due aspiratori

osserviamo che l’Askir riesce a creare un flusso superiore all’OB1000 ma che ,

causa la sua tipologia di funzionamento, non riesce a garantire per un periodo

superiore ai 50 minuti, cosa che invece l’OB1000 riesce a fare seppur con valori

di flusso non molto elevati.

0 20 40 60 80 100 1204

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Tempo (min)

Flu

sso (

L/m

in)


OB1000

VacuAide

Askir

42

2. Aspirazione con sostanze liquide:

Sangue:

Le prove di aspirazioni sono state condotte in due diverse modalità:

1. Gli aspiratori sono stati testati con l’alimentazione, misurando il tempo

impiegato per aspirare 700/600 mL di sangue, impostando tre diverse

depressioni ( massima, minima e media ).

2. Gli aspiratori sono stati testati con alimentazione, a massima depressione,

misurando il tempo impiegato per aspirare 600mL di sangue, ponendo gli

stessi in condizioni sfavorevoli all’aspirazione, ovvero ad un’altezza

superiore al contenitore del sangue (50/100 cm).

Prima prova:

Askir: 700 mL di sangue

Depressione(Bar) Tempo prova1(s) Tempoprova2(s) Tempo prova3(s) Flusso medio

stimato(L/min)

-0,8 7,93 8,22 7,65 5,30

-0,5 9,37 9,72 9,52 4,40

-0,2 11,46 13,97 12,38 3,33

Tabella 13: andamento del tempo di aspirazione/flusso stimato in funzione della

depressione per l’Askir, prove 1,2,3.

OB1000: 700 mL di sangue


stimato(L/min)

-0,8 12,05 10,36 11,31 3,74

-0,5 11,37 11,24 13,33 3,51

-0,2 15,01 19,19 14,74 2,57


depressione per l’OB1000, prove 1,2,3.

43

VacuAide: 600 mL di sangue


stimato(L/min)

-0,74 7,98 7,16 7,38 4,79

-0,4 10,30 8,82 9,50 3,77

-0,13 16,18 13,89 13,78 2,46


depressione per il VacuAide, prove 1,2,3. Il VacuAide è stato testato con una

diversa quantità si sangue in quanto la capienza del suo vaso non era sufficiente

ad evitare che il sangue, agitandosi, finisse all’interno del dispositivo, il che

poteva rischiare di comprometterne le funzionalità.

Commenti:

In questa prima prova abbiamo testato la capacità dei tre dispositivi nell’aspirare

un certo quantitativo di sangue simulato, al variare della depressione impostata.

Ogni prova ci ha fornito il valore di tempo, in secondi, che gli aspiratori

impiegavano per terminare tale prova. Da questi valori abbiamo stimato un flusso

di aspirazione con sangue, eseguendo una proporzione:

0,7L (0,6L nel caso del VacuAide) : tempomedio = Flusso L/min : 60 secondi

In tutti i dispositivi, come ci si aspetta, possiamo notare una dipendenza del

flusso rispetto al fattore depressione, ovvero maggiore è la depressione utilizzata

e maggiore sarà il flusso. Risulta difficile fare un confronto fra il VacuAide e gli

altri due dispositivi perché le depressioni utilizzate non sono le medesime,

tuttavia se consideriamo il caso di depressione massima possiamo notare come

rispetto all’Askir, a differenza di quanto accade nel flusso di aspirazione libero,

mostra un flusso stimato numericamente inferiore. Il confronto più significativo

può essere fatto tra le prestazioni ottenute dall’Askir e dall’OB1000 che hanno

lavorato nelle medesime condizioni di depressione e quantità di liquido da

aspirare.

44

La cosa più evidente è che, funzionando alle stesse depressioni, ci si aspetta che i

due aspiratori ottengano delle prestazioni molto simili. Ciò non accade, e dalla

differenze che possiamo notare nei tempi di aspirazioni alle varie depressioni

possiamo capire anche come sia improbabile che questo effetto sia dovuto ad un

errore umano (i tempi sono stati cronometrati manualmente e quindi sono

soggetti ad errori di ± 0,2/0,3 secondi, corrispondenti ad i tempi di reazione di un

uomo adulto medio). La spiegazione più plausibile di questa differenza può

essere un difetto di uno dei due dispositivi che o segnala una depressione

scorretta o che è soggetta ad un malfunzionamento più generale.

Seconda prova:

Askir: 600 mL di sangue, depressione massima -0,8 Bar

Dislivello(cm) Tempo prova1(s) Tempoprova2(s) Tempo prova3(s) Flusso medio

stimato(L/min)

50 8,41 8,25 8,63 4,27

100 8,27 8,75 8,32 4,26

Tabella 16: andamento del tempo di aspirazione/flusso stimato in funzione del

dislivello tra vaso e dispositivo per l’Askir, prove 1,2,3.

OB1000: 600 mL di sangue, depressione massima -0,8 Bar


stimato(L/min)

50 8,71 8,27 8,43 4,25

100 7,49 7,60 7,95 4,75


dislivello tra vaso e dispositivo per l’OB1000, prove 1,2,3.

45

VacuAide: 600 mL di sangue, depressione massima -0,74 Bar


stimato(L/min)

50 8,03 8,37 7,43 4,53

100 7,99 7,47 7,12 4,78


dislivello tra vaso e dispositivo per il VacuAide, prove 1,2,3.

Commenti:

In questa prova abbiamo testato la capacità dei tre dispositivi nell’aspirare un

certo quantitativo di sangue simulato (uguale per tutti), al variare del dislivello tra

aspiratore e sonda di aspirazione. A differenza di ciò che ci aspettavamo, le

prestazioni dei dispositivi non hanno subito decrementi al variare del dislivello:

Schema 2: Rappresentazione schematica della variazione della

pressione in funzione del dislivello.

Aspiratore

Liquido da aspirare

Sonda di aspirazione

Dislivello = +ΔP

P0

P1

Vaso

46

Il dislivello comporta un aumento della pressione (P1>P0 ) tale che il

dispositivo si trova in una situazione più svantaggiosa per la creazione del

vuoto nel vaso poiché deve creare un gradiente di pressione tra vaso e

atmosfera maggiore.

Dai dati rilevati, che essendo uniformi verranno poi posti ad indagine

statistica, notiamo come l’Askir mantenga un flusso quasi invariato

all’aumentare del dislivello, mentre l’OB1000 e il VacuAide sembrano

addirittura migliorare le loro prestazioni. Questa dati, che ricordiamo sono

comunque soggetti ad errori di misura non proprio trascurabili (un errore

di 0,2/0,3 secondi su un tempo di 7/8 secondi può implicare un errore che

può oscillare tra il 2,3% e il 4,2%), possono essere spiegati considerando

il fatto che la variazione di pressione ΔP prodotta da un tale dislivello è

molto piccola, tale da non creare una differenza significativa tra le

prestazioni dello stesso aspiratore al variare della pressione (verificheremo

successivamente questa ipotesi). Inoltre altro effetto che potenzialmente

può essere il responsabile di tali risultati è la diminuzione della resistenza

provocata dal tubo sul flusso di sangue, a seguito di una maggiore

estensione del tubo in silicone in cui è posto la sonda di aspirazione:

Schema 3: Rappresentazione schematica della variazione delle perdite di carico

in funzione della modalità di aspirazione (quindi del dislivello).

Tubo di aspirazione

Aspiratore

Minor

Resistenza

Aspiratore

Maggior

Resistenza

Dislivello maggiore Dislivello minore

47

3. Tempi di ricarica:

Come Abbiamo detto in precedenza abbiamo avuti diversi problemi nello

stimare i tempi di ricarica. Tuttavia abbiamo notato che per quanto

riguarda questo aspetto i dati rilevati ed forniti dalle case produttrici erano

affidabili:

ASKIR VacuAide OB1000

Tempi di ricarica(ore) 4/5 10/17 8/15

Tabella 19: Tempi di ricarica totale dei tre aspiratori.

Ovviamente i tempi di ricarica totale sono indicativi perché dipendono dalla

carica residua del dispositivo. I dati riportati si riferiscono al momento in cui

venivano terminate le prove, ovvero quando l’Askir si auto interrompeva ( flusso

di 8/9 L/min) e quando il VacuAide/OB1000 generavano un flusso di 3/4 L/min.

Come abbiamo detto il set di accessori base presenti nel dispositivo per quanto

riguarda il VacuAide e l’OB1000 non presentavano un carica batterie classico ma

solo un car adapter. Questo ci ha costretto a costruirci i nostri caricabatterie con

un generatore esterno. Il VacuAide dopo qualche mese ha presentato dei problemi

a caricarsi che ci ha costretto a trovare un altro metodo di ricarica della batteria.

Non sappiamo se questo sia un effetto dovuto al fatto che abbiamo dovuto usare

un caricabatterie improvvisato o se sia stata una casualità, sta di fatto che questo è

stato un grande problema per lo sviluppo delle altre prove.

48

4. Peso e dimensioni:

Abbiamo misurato con un metro le dimensioni dei dispositivi e i loro rispettivi

pesi:

Aspiratore Dimensioni (mm) Peso (Kg)

Askir 36 BR 340x210x190 4,4

VacuAide 7305 240x180x170 2,9

OB1000 310x220x90 3,5

Tabella 20: Peso e dimensioni dei tre aspiratori.

I tre aspiratori presentano un peso e delle dimensioni conformi ai dati riportati nei

rispettivi data sheet.

Come possiamo notare l’Askir risulta essere il dispositivo più pesante e anche il

più voluminoso, ma è dotato di una struttura molto stabile, avendo una base

rettangolare sufficientemente ampia. Il VacuAide è l’aspiratore più leggero, e le

sue dimensioni sono equilibrate e gli conferiscono una buona stabilità come per

l’Askir. L’OB1000 ha un peso compreso tra quelli degli altri due aspiratori e una

dimensione molto compatta che lo rendo poco voluminoso.

5. Potenza assorbita:

La potenza assorbita dal motore è stata monitorata con intervalli di tempo regolari

(5 minuti), con un sistema composto da un Amperometro e un Voltmetro, come

spiegato in precedenza. I valori della potenza sono stati poi ottenuti come, P=I*V.

Riportiamo i valori delle prove sulla potenza, ottenute con i tre aspiratori:

49

ASKIR: prova n°1

Tempo (min) Tensione (V) Corrente (A) Potenza (W)

0 11,28 3,62 40,83

5 10,97 3,54 38,83

10 10,91 3,56 38,84

15 10,81 3,52 38,05

20 10,71 3,50 37,49

25 10,61 3,46 36,71

30 10,49 3,43 35,98

35 10,37 3,41 35,36

40 10,22 3,40 34,75

45 10,05 3,35 33,67

50 9,75 3,36 32,76

55 8,84 3,26 28,82

60 0,00 0,00 0,00

Tabella 21: andamento della potenza in funzione del tempo per l’Askir, prova 1.

ASKIR: prova n°2


0 10,98 3,76 41,28

5 10,88 3,53 38,41

10 10,78 3,50 37,73

15 10,61 3,51 37,24

20 10,56 3,50 36,96

25 10,49 3,50 36,72

30 10,30 3,50 36,05

35 10,23 3,48 35,60

40 10,09 3,47 35,01

45 9,90 3,46 34,25

50 9,69 3,42 33,14

55 8,90 3,32 29,55

60 0,00 0,00 0,00


50

ASKIR: prova n°3


0 11,30 3,58 40,45

5 11,09 3,47 38,48

10 11,05 3,45 38,12

15 10,97 3,43 37,63

20 10,87 3,46 37,61

25 10,76 3,44 37,01

30 10,64 3,41 36,28

35 10,49 3,44 36,09

40 10,32 3,43 35,40

45 10,12 3,43 34,71

50 9,80 3,40 33,32

55 8,97 3,23 28,97

60 0,00 0,00 0,00


ASKIR: media


0 11,19 3,65 40,85

5 10,98 3,51 38,58

10 10,91 3,50 38,23

15 10,80 3,49 37,64

20 10,71 3,49 37,35

25 10,62 3,47 36,82

30 10,48 3,45 36,11

35 10,36 3,44 35,68

40 10,21 3,43 35,05

45 10,02 3,41 34,21

50 9,75 3,39 33,07

55 8,90 3,27 29,11

60 0,00 0,00 0,00

Tabella 24: andamento della potenza media in funzione del tempo per l’Askir.

51

Commenti:

Analizzando i valori della potenza assorbita dall’askir possiamo notare come i

valori riportati siano elevati. Per poter analizzare meglio i consumi di tale

dispositivo realizziamo un grafico tempo/potenza:

Grafico 6: Rappresentazione grafica della relazione tra potenza media e tempo

per l’Askir, realizzata con Matlab.

Il grafico risulta essere caratterizzato da una prima parte lineare in cui il

dispositivo, partendo da un consumo di 40 Watt, in 50 minuti arriva ad un

consumo di circa 33Watt. L’ultima parte del grafico, come abbiamo spiegato

anche in precedenza, è caratterizzata da una ripida pendenza, riconducibile al

fatto che l’Askir si spegneva automaticamente. Proviamo a stimare la quantità di

lavoro totale assorbito dal motore utilizzando il metodo dei trapezi in matlab :

Lavoro = 123680 Joule

0 10 20 30 40 50 6028

30

32

34

36

38

40

42Grafico Tempo-Potenza

Tempo (min)

Pote

nza (

W)

52


Tempo (min) Tensione (V) Corrente (A) Potenza(W)

0 10,98 1,66 18,23

5 10,96 1,50 16,44

10 10,88 1,49 16,21

15 10,83 1,49 16,14

20 10,76 1,48 15,92

25 10,69 1,47 15,71

30 10,58 1,46 15,45

35 10,42 1,44 15,00

40 9,99 1,39 13,89

45 9,50 1,32 12,54

50 9,17 1,28 11,74

55 8,89 1,24 11,02

60 8,54 1,18 10,08

65 7,86 1,09 8,57

70 7,22 1,00 7,22

75 6,74 0,94 6,34

80 6,35 0,89 5,65

85 6,11 0,86 5,25

90 5,93 0,84 4,98

95 5,73 0,82 4,70

100 5,48 0,79 4,33

105 5,20 0,76 3,95

110 4,84 0,74 3,58

115 4,28 0,69 2,95

120 3,38 0,59 1,99

125 1,88 0,50 0,94

Tabella 25: andamento della potenza in funzione del tempo per il VacuAide, prova 1.

Questa prova è stata condotta parallelamente a quella del flusso infatti notiamo

che come il flusso anche il valore della potenza, rispetto alle altre due prove

effettuate con il VacuAide, risulta avere un valore molto superiore alla media.

53

Nel conteggio dei valori medi della potenza non verranno conteggiati i dati

successivi ai 105 minuti.



0 10,98 1,56 17,13

5 10,97 1,53 16,78

10 10,91 1,51 16,47

15 10,84 1,51 16,37

20 10,75 1,54 16,56

25 10,70 1,54 16,48

30 10,62 1,52 16,14

35 10,55 1,52 16,04

40 10,46 1,51 15,79

45 10,38 1,50 15,57

50 10,26 1,48 15,18

55 10,14 1,47 14,91

60 9,97 1,45 14,46

65 9,68 1,41 13,65

70 9,01 1,33 11,98

75 7,83 1,17 9,16

80 6,93 0,90 6,24

85 5,96 0,75 4,47

90 5,22 0,76 3,97

95 4,49 0,59 2,65

100 3,02 0,60 1,81

105 2,06 0,52 1,07

Tabella 26: andamento della potenza in funzione del tempo per il VacuAide,

prova 2.

54



0 10,88 1,62 17,63

5 10,82 1,58 17,10

10 10,79 1,56 16,83

15 10,76 1,55 16,68

20 10,71 1,54 16,49

25 10,64 1,52 16,17

30 10,58 1,51 15,98

35 10,49 1,51 15,84

40 10,42 1,50 15,63

45 10,31 1,50 15,47

50 10,22 1,49 15,23

55 10,09 1,46 14,73

60 9,95 1,43 14,23

65 9,70 1,40 13,58

70 9,08 1,35 12,26

75 7,83 1,15 9,00

80 6,40 1,01 6,46

85 5,31 0,88 4,67

90 4,34 0,76 3,30

95 3,43 0,66 2,26

100 2,49 0,53 1,32

105 1,40 0,47 0,66

Tabella 27: andamento della potenza in funzione del tempo per il VacuAide,

prova 3.

55

VacuAide 7350P: media


0 10,95 1,61 17,66

5 10,92 1,54 16,78

10 10,86 1,52 16,51

15 10,81 1,52 16,40

20 10,74 1,52 16,32

25 10,68 1,51 16,12

30 10,59 1,50 15,85

35 10,49 1,49 15,63

40 10,29 1,47 15,09

45 10,06 1,44 14,49

50 9,88 1,42 14,00

55 9,71 1,39 13,49

60 9,49 1,35 12,84

65 9,08 1,30 11,80

70 8,44 1,23 10,35

75 7,47 1,09 8,11

80 6,56 0,93 6,12

85 5,79 0,83 4,81

90 5,16 0,79 4,06

95 4,55 0,69 3,14

100 3,66 0,64 2,34

105 2,89 0,58 1,68

Tabella 28: andamento della potenza media in funzione del tempo per il

VacuAide .

56

Commenti:

I valori della potenza assorbita dal VacuAide risultano essere

sufficientemente bassi, e per analizzarli meglio ci basiamo sul grafico

Tempo-Potenza:


per il VacuAide, realizzata con Matlab.

Così come per il flusso il VacuAide dimostra sempre un andamento non lineare

caratterizzato in genere da una prima fase in cui in un largo lasso di tempo (50

minuti) vi è una piccola decrescita della variabile in considerazione (la potenza

decresce di 3/4 Watt), e una seconda fase in cui aumenta la pendenza della curva

fino ad arrivare a valori prossimi allo zero. Stimiamo (con matlab) il lavoro

assorbito dal motore:

Lavoro = 73176 joule.

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

8

10

12

14

16


Tempo (min)

Pote

nza (

W)

57

OB1000: prova n°1


0 12,62 2,19 27,64

5 12,46 2,21 27,54

10 12,27 2,20 26,99

15 12,19 2,18 26,57

20 12,11 2,20 26,64

25 12,02 2,17 26,08

30 11,94 2,15 25,67

35 11,85 2,15 25,48

40 11,75 2,13 25,03

45 11,63 2,11 24,54

50 11,51 2,10 24,17

55 11,33 2,07 23,45

60 11,16 1,99 22,21

65 10,76 1,96 21,09

70 8,78 1,60 14,05

75 7,40 1,36 10,06

80 6,51 1,22 7,94

85 5,79 1,14 6,60

90 5,36 1,08 5,79

95 4,99 1,04 5,19

100 4,72 1,01 4,77

105 4,48 0,97 4,35

110 4,28 0,94 4,02

115 4,07 0,93 3,79

120 3,85 0,91 3,50

125 3,64 0,88 3,20

Tabella 29: andamento della potenza in funzione del tempo per l’OB1000,

prova1.

58

OB1000: prova n°2


0 12,38 2,13 26,37

5 12,36 2,12 26,20

10 12,35 2,12 26,18

15 12,30 2,12 26,08

20 12,22 2,11 25,78

25 12,15 2,10 25,52

30 12,10 2,10 25,41

35 12,01 2,09 25,10

40 11,93 2,08 24,81

45 11,78 2,06 24,27

50 11,76 2,06 24,23

55 11,60 2,02 23,43

60 11,55 1,99 22,98

65 11,40 1,96 22,34

70 11,23 1,94 21,79

75 11,04 1,89 20,87

80 10,35 1,78 18,42

85 7,87 1,36 10,70

90 6,45 1,13 7,29

95 5,65 1,03 5,82

100 5,07 0,96 4,87

105 4,55 0,91 4,14

110 4,26 0,89 3,79

115 4,08 0,85 3,47

120 3,88 0,83 3,22

125 3,55 0,80 2,84

130 3,25 0,77 2,50

Tabella 30: andamento della potenza in funzione del tempo per l’OB1000, prova

2.

59

OB1000: prova n°3


0 12,28 2,10 25,79

5 12,23 2,09 25,56

10 12,16 2,14 26,02

15 12,10 2,14 25,89

20 12,02 2,15 25,84

25 11,97 2,14 25,62

30 11,82 2,13 25,18

35 11,79 2,10 24,76

40 11,66 2,11 24,60

45 11,59 2,08 24,11

50 11,46 2,08 23,84

55 11,38 2,05 23,33

60 11,23 2,01 22,57

65 11,14 1,99 22,17

70 10,92 1,95 21,29

75 10,40 1,86 19,34

80 7,83 1,41 11,04

85 6,33 1,15 7,28

90 5,42 1,05 5,69

95 4,86 0,97 4,71

100 4,49 0,93 4,18

105 4,29 0,90 3,86

110 4,16 0,89 3,70

115 3,95 0,87 3,44

120 3,68 0,84 3,09

125 3,43 0,80 2,74

130 3,06 0,77 2,36

Tabella 31: andamento della potenza in funzione del tempo per l’OB1000,

prova 3.

60

OB1000: media


0 12,43 2,14 26,59

5 12,35 2,14 26,43

10 12,26 2,15 26,40

15 12,20 2,15 26,18

20 12,12 2,15 26,09

25 12,05 2,14 25,74

30 11,95 2,13 25,42

35 11,88 2,11 25,11

40 11,78 2,11 24,82

45 11,67 2,08 24,31

50 11,58 2,08 24,08

55 11,44 2,05 23,41

60 11,31 2,00 22,59

65 11,10 1,97 21,87

70 10,31 1,83 18,87

75 9,61 1,70 16,37

80 8,23 1,47 12,10

85 6,66 1,22 8,11

90 5,74 1,09 6,24

95 5,17 1,01 5,24

100 4,76 0,97 4,60

105 4,44 0,93 4,11

110 4,23 0,91 3,84

115 4,03 0,88 3,56

120 3,80 0,86 3,27

125 3,54 0,83 2,93

130 3,16 0,77 2,43

Tabella 32: andamento della potenza media in funzione del tempo per

l’OB1000.

61

Commenti:

La potenza assorbita dal motore dell’OB1000 risulta essere sufficientemente

elevata per un buon lasso di tempo. Come negli altri casi per un’analisi più

approfondita ci basiamo sul grafico:


per l’OB1000, realizzata con Matlab.

Come possiamo notare il grafico tempo-potenza dell’OB1000 può idealmente

essere suddiviso in tre parti:

1. Nella prima parte, che va da 0 a 65 minuti, il grafico risulta essere non lineare,

e risponde ad un grande lasso di tempo con una piccola variazione della potenza

assorbita (3/4 Watt);

2. Nella seconda parte, tra 65 e 85 minuti, il grafico può essere idealmente

considerato lineare, e presenta una ripida pendenza che porta ad una diminuzione

della potenza assorbita di quasi 15 Watt in 20 minuti;

3. l’ultima parte del grafico, da 85 minuti in poi, il grafico è non lineare, e come

nella prima parte tende allo zero con una pendenza poco ripida, infatti in 45

minuti vi è una diminuzione della potenza di circa 5 Watt. Stimiamo (con Matlab)

il lavoro assorbito dal motore: Lavoro = 127860 Joule

0 20 40 60 80 100 120 1400

5

10

15

20

25


Tempo (min)

Pote

nza (

W)

62

RISULTATI A CONFRONTO:

Per poter confrontare al meglio i risultati ottenuti sulla potenza assorbita

dai tre aspiratori, ci basiamo sul confronto dei grafici tempo-potenza:

Grafico 9: Rappresentazione grafica della relazione tra potenza media e

Tempo per tutti gli aspiratori, realizzata con Matlab.

Il grafico mostra come L’Askir sia l’aspiratore che consuma più degli altri. La

cosa più interessante di questo grafico è che mette in risalto come il VacuAide sia

l’aspiratore con il minor consumo nonostante sia anche quello capace di generare

il flusso più elevato. Dal punto di vista numerico possiamo confrontare il valore

del lavoro medio assorbito dai motori dei tre aspiratori durante un intero ciclo di

scarica. Il valore più alto è quello dell’OB1000 che tuttavia è anche il dispositivo

con una durata superiore e considerando che non supera mai i 30 Watt possiamo

con certezza affermare che , in rapporto Tempo/potenza non è il peggiore.

L’Askir assorbe un lavoro medio di 123KJ ma lo fa in un tempo di gran lunga

inferiore agli altri due dispositivi per questo possiamo affermare con certezza che

questo aspiratore sia anche quello che consuma di più.

0 20 40 60 80 100 120 1400

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Tempo (min)

Pote

nza (

Watt

)

Grafico Tempo/Potenza

OB1000

Lavoro = 123680

Joule VacuAide

Askir

Lavoro = 127860

Joule

Lavoro = 73176

Joule

63

6. Durata della batteria in uso continuo:

La durata di funzionamento dei tre aspiratori, in uso continuo, è ricavabile

analizzando i dati raccolti relativi alle prove di flusso, potenza e temperatura

interna, ossia quelle prove in cui il dispositivo, partendo da uno stato di carica

piena, veniva scaricato completamente, o quasi. Dai dati raccolti possiamo trarre,

per ciascuno dei dispositivi, le seguenti considerazioni:

1. Askir: ha una durata media che è compresa tra i 45 e i 50 minuti, dopo la

quale automaticamente si spegne (la batteria mantiene una buona

percentuale di carica residua). Il dispositivo non ha mai avuto una durata

inferiore ai 40 minuti e non ha mai avuto una durata superiore ai 60

minuti.

2. VacuAide: ha una durata media di circa 115/120 minuti, dopo la quale il

dispositivo è prossimo alla scarica completa della batteria (al motore

arriva poco più di 1 Volt). Come già detto nel paragrafo del flusso, la

durata della batteria risulta essere abbastanza elevata ma ciò non

garantisce l’effettivo utilizzo dell’aspiratore per tutta tale durata, in

quanto, dopo un periodo compreso tra i 70/75 minuti, le prestazioni

subiscono un calo significativo.

3. OB1000: è l’aspiratore con durata della batteria maggiore (durata media

130/135 minuti), ma che, come per il VacuAide, è una conseguenza del

tipo di funzionamento della scheda elettronica e che non garantisce per

tale durata, delle buone prestazioni.

64

7. Temperatura raggiunta:

ASKIR Prova n° 1 Prova n°2 Prova n°3

Tempo (min) Temperatura (°C)

0 28,0 24,1 26,1

5 56,6 55,5 48,8

10 60,5 59,5 58,8

15 62,2 61,3 60,0

20 63,4 62,5 62,4

25 64,0 65,4 66,7

30 64,3 63,7 65,9

35 64,3 64,1 65,3

40 63,9 64,4 64,7

45 ---- 64,4 63,6

50 ---- 63,6 ----

55 ---- ---- ----

Tabella 33: andamento della temperatura in funzione del tempo per l’Askir,

prova 1,2,3.

65

VacuAide Temperatura (°C)

Tempo (min) Prova n°1 Prova n°2 Prova n°3

0 26,5 26,8 28,0

5 54,8 68,0 66,0

10 56,2 68,4 67,3

15 56,6 68,3 67,6

20 56,8 66,9 67,5

25 56,7 64,8 67,4

30 56,9 64,9 67,1

35 57,0 65,2 67,1

40 56,9 65,3 66,3

45 57,0 65,3 64,8

50 56,8 65,4 63,6

55 56,8 65,4 62,1

60 56,8 65,3 61,2

65 56,3 64,7 58,5

70 56,1 63,8 56,8

75 53,3 60,6 55,2

80 50,2 56,0 54,2

85 48,1 52,0 53,4

90 47,2 51,1 53,1

95 47,2 48,3 52,6

100 47,1 48,1 52,2

105 46,0 47,6 51,8

Tabella 34: valori della temperatura in funzione del tempo per il VacuAide,

prove 1,2,3.

66

OB 1000 Temperatura (°C)

Tempo (min) Prova n°1 Prova n°2 Prova n°3

0 27,7 26,0 27,3

5 40,0 45,2 46,5

10 49,0 49,0 48,3

15 52,2 49,0 50,2

20 54,8 49,5 50,8

25 55,1 49,8 50,3

30 54,9 52,2 50,5

35 51,0 51,2 51,0

40 48,9 49,3 51,3

45 48,9 52,2 51,5

50 46,8 51,3 51,0

55 47,9 49,0 50,8

60 48,1 49,8 52,0

65 49,4 49,4 51,9

70 50,1 49,1 51,8

75 47,2 48,2 51,1

80 50,2 46,5 50,5

85 45,4 45,6 46,6

90 43,8 41,5 40,7

95 43,5 38,1 39,5

100 42,5 38,6 38,8

105 41,0 36,7 37,5

110 41,0 35,9 38,3

115 40,5 35,5 38,1

120 40,0 35,7 37,7

125 39,7 35,1 37,3

130 39,5 35,3 36,5

Tabella 35: andamento della temperatura in funzione del tempo per l’OB1000,

prove 1,2,3.

67

Commenti:

La temperatura più alta è stata rilevata nell’Askir nei getti d’aria in uscita dal

silenziatore, che si trova all’interno della carcassa, collegato con il motore. I

valori della temperatura solo elevati tuttavia il getto d’aria viene liberato sulla

base del dispositivo, realizzata in materiale plastico, pertanto possiamo affermare

con sicurezza che la temperatura raggiunta all’interno dell’Askir non è un

parametro che può risultare dannoso per il corretto funzionamento dell’aspiratore.

L’elemento, all’interno del VacuAide, che raggiunge la temperatura più alta è un

diodo che si trova sulla scheda elettronica. I valori della temperatura, sono

abbastanza elevati, con temperature che sfiorano i 70°C. Analizzando questo

elemento abbiamo visto che in realtà il diodo è realizzato per funzionare in un

range di temperature molto più elevato (fino a 150°C) e, considerando che è

sufficientemente distante da tutti gli altri componenti della scheda elettronica

possiamo affermare che anche per il VacuAide la temperatura interna non è un

parametro che può mettere a rischio il funzionamento dell’aspiratore

Per quanto riguarda l’ OB1000 l’elemento che raggiunge la temperatura più

elevata si trova sul cilindro in cui si muove il pistone. La temperatura avrà anche

una certa dipendenza dalla velocità con cui si muove il pistone (dall’analisi dei

dati osserviamo che è più elevata all’inizio quando l’aspiratore è a piena

potenza). Abbiamo verificato che tale temperatura non si distribuisce

uniformemente su tutta la superficie del cilindro, fattore che ha creato molte

difficoltà nel rilevarla. Le temperature più alte registrate non superano i 55° C e,

considerando che il cilindro è realizzato in materiale plastico possiamo affermare

che anche per l’OB1000 la temperatura non è un fattore critico per il corretto

funzionamento dell’aspiratore.

68

3.2) Analisi statistica

Per l’analisi statistica è stato utilizzato un test ANOVA per misure ripetute

tramite software NCSS, applicato alle caratteristiche adeguate a questo tipo di

analisi: flusso di aspirazione, potenza assorbita dal motore e capacità di

aspirazione con sangue.

Capacità di aspirazione con il sangue

Dal test ANOVA effettuato solo sulle tempistiche di aspirazione dei tre

dispositivi in relazione ai vari dislivelli, possiamo affermare che esiste una

differenza significativa dei tempi di aspirazione (p < 0,05) tra i tre aspiratori.

Possiamo inoltre affermare che, dai dati rilevati, esiste una differenza

significativa del tempo di aspirazione rispetto al fattore dislivello.

Mediante Tukey-Kramer Multiple-Comparison Test si sono evidenziate le

differenze del tempo di aspirazione in funzione del dislivello, come mostrato in

figura:

Grafico 10: Rappresentazione della relazione tempo di aspirazione/dislivello,

realizzata in NCSS.

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

50 100

Means of tempox

dislivello

tem

po

x

aspiratore3

Ob1000Vacu aidaskir

69

Il test ha mostrato in particolare come il tempo di aspirazione dell’Askir sia

significativamente maggiore (p < 0,05) di quello del VacuAide, in relazione a

dislivello di 100 cm.

Flusso di aspirazione:

Per il flusso di aspirazione sono stati posti in analisi solo i dati relativi ai primi 40

minuti di funzionamento, in modo da poter avere dei dati consistenti su tutti gli

aspiratori. I risultati ottenuti sul flusso riportano che esiste una differenza

significativa del flusso ottenuto con i tre diversi aspiratori (p < 0,05).

Inoltre esiste una dipendenza significativa del flusso rispetto al fattore tempo e

all’interazione tra fattore tempo e aspiratore (p < 0,05).


differenze del flusso in particolari istanti di tempo, come mostrato in figura:

Grafico 11: Rappresentazione della relazione Tempo/flusso medio dei tre

aspiratori, realizzata in Matlab. Le differenze statistiche (p < 0,05) agli istanti 0,

20 e 40 min tra i tre aspiratori sono segnalate dagli indicatori: O OB1000 vs

Askir; * OB1000 vs VacuAide; X Askir vs VacuAide;

0 20 40 60 80 100 1205

10

15

20

25

30

35

Tempo (min)

Flu

sso (

L/m

in)


VacuAid

e Askir

OB100

0

70

Il periodo iniziale mostra l’esistenza di una differenza significativa tra gli

andamenti del flusso medio dei tre aspiratori. Tale differenza si mantiene fino ai

40 minuti, quando il flusso dell’Askir ha un calo maggiore dell’OB1000, e la

differenza permane solamente nei rapporti tra i flussi dell’ Askir vs VacuAide e

OB1000 vs VacuAide.

Anche per la potenza assorbita abbiamo utilizzato un test ANOVA per misure

ripetute tramite software NCSS. I risultati ottenuti sulla potenza assorbita dal

motore riportano che esiste una differenza significativa di tale grandezza, (p <

0,05) tra tutti i tre aspiratori. Inoltre esiste una dipendenza significativa della

potenza rispetto al fattore tempo e all’interazione tra fattore tempo e aspiratore (p

< 0,05).


differenze della potenza in particolari istanti di tempo.

71

In particolare il test ha evidenziato che la presenza di una differenza significativa

della potenza, relativa ai tre aspiratori, riscontrata all’inizio della prova (p <

0,05), si mantiene in tutti gli intervalli di tempo presi in considerazione, come

mostrato dai marker situati a metà e a fine prova:

Grafico 12: Rappresentazione della relazione Tempo/potenza media dei tre

aspiratori, realizzata in Matlab. Le differenze statistiche (p < 0,05) agli istanti 0,

30 e 55 min tra i tre aspiratori sono segnalate dagli indicatori: O OB1000 vs

Askir; * OB1000 vs VacuAide; X Askir vs VacuAide;

0 20 40 60 80 100 120 1400

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Tempo (min)

Pote

nza (

Watt

)

Grafico Tempo/Potenza

VacuAide

OB1000

Askir

72

CONCLUSIONI

Il progetto descritto in questa tesi ha portato alla creazione di un protocollo per

l’acquisizione dati da aspiratori chirurgici portatili, e alla sua applicazione per il

confronto delle prestazioni di tre diversi aspiratori: OB1000 (Boscarol), Askir 36

BR (CA-MI srl) e VacuAide (DeVilbiss).

Gli aspiratori sono stati testati sulle caratteristiche che meglio ne identificano il

funzionamento ottenendo i seguenti risultati:

Flusso di aspirazione: I tre aspiratori hanno mostrato un flusso

significativamente differente per la maggior parte della durata di

funzionamento e in tutte le prove.. Il dispositivo che è riuscito a generare

un flusso superiore, sia in valore e sia in durata è stato il VacuAide.

L’aspiratore che ha generato, nel corso delle tre prove, il flusso con i

valori più bassi è stato invece l’OB1000. Ciò che è importante sottolineare

è che, per quanto riguarda questa caratteristica si sono riscontrate delle

differenze piuttosto consistenti rispetto ai valori forniti dai data sheet dei

tre aspiratori:

Aspiratore Valore massimo

registrato (L/min)

Valore massimo (L/min)

(fornito dal data sheet)

Askir 36 BR 21,33 36*

VacuAide 7305 22,08 27

OB1000 18,41 22

Tabella 36: confronto tra i valori del flusso massimo registrati dagli aspiratori

e valori forniti dai rispettivi data sheet.

*Il valore riportato nel data sheet dell’Askir è specificato esser stato ottenuto

senza la connessione ai vasi. Non è stato possibile verificare questo valore con il

flussimetro a nostra disposizione.

73

Capacità di aspirazione con sostanze liquide: I tre aspiratori

hanno dimostrato, indistintamente, di avere un tempo di raggiungimento

del vuoto impostato maggiore del tempo necessario a riempire i propri

vasi porta liquidi. Per quanto riguarda le prove di aspirazione con il

sangue simulato abbiamo potuto constatare che, indipendentemente dal

fattore depressione l’askir ha generato un flusso superiore agli altri due

dispositivi (le depressioni sono state scelte in modo tale da testare

l’aspiratore con la depressione massima,media e minima generabile). Le

prestazioni dei dispositivi hanno mostrato un’indipendenza dal fattore

dislivello rispetto alla sonda di aspirazione, in particolare l’OB1000 e il

VacuAide hanno mostrato un leggero aumento del flusso generato,

probabilmente dovuto alla diminuzione delle perdite di carico legate alla

disposizione del tubo ti aspirazione.

Tempi di ricarica: questa particolare caratteristica è stata, per una

serie di motivi, già spiegati, la più difficoltosa da testare. Abbiamo che i

tre aspiratori hanno dei tempi di ricarica molto diversi e anche molto

variabili (a seconda della carica residua). In generale non abbiamo notato

una grande differenza tra i valori indicati dei data sheet dei dispositivi e il

tempo impiegato per ricaricarli (al massimo qualche ora). E’ opportuno

sottolineare che, soprattutto per via dei tipo di funzionamento delle schede

elettroniche dei dispositivi (quella dell’askir porta allo spegnimento

automatico dell’aspiratore quando la batteria raggiunge una certa soglia di

tensione), esiste un grande divario tra i tempi di ricarica totali dei

dispositivi. L’askir si ricarica molto velocemente (al massimo 4/5 ore) in

quanto la batteria (12V) mantiene sempre una carica residua non inferiore

agli 8/9 V. Il VacuAide e l’OB1000, invece, hanno dei tempi di ricarica

molto lunghi (fino a 18 ore il VacuAide e fino a 16 ore l’OB1000) e che

dipendono fortemente dalla carica residua (se molto scarichi possono

impiegare anche 10 ore in più del normale).

74

Peso e dimensioni: I tre aspiratori hanno delle dimensioni e pesi

conformi a quanto dichiarato nei rispettivi data sheet. L’askir è il più

pesante e anche il più voluminoso. Il più leggero è il VacuAide il quale

tuttavia non è il meno voluminoso. Ciò che abbiamo notato è che

l’OB1000 è sì l’aspiratore con le minor dimensioni (quindi molto

facilmente trasportabile), ma è anche il meno stabile poiché la base su cui

poggia è larga solo 9 centimetri e leggermente tondeggiante:

Figura 7: visuale anteriore dell’ OB1000, Boscarol.

Potenza assorbita dal motore: In questa particolare caratteristica, i

tre aspiratori hanno mostrato una differenza significativa durante tutta la

durata di funzionamento. In Particolare l’Askir si è dimostrato il

dispositivo con una maggiore potenza/lavoro assorbito se rapportato in

funzione della medesima durata (l’OB1000 ha in generale un lavoro

assorbito leggermente superiore a quello dell’Askir, tuttavia questo

accade perché tale aspiratore ha una durata molto maggiore a quella

dell’Askir). Ciò che abbiamo potuto notare è che, nonostante sia il

dispositivo in grado di generare il flusso numericamente più elevato, il

VacuAide ha anche la potenza assorbita/lavoro assorbito dal motore

minore tra i tre dispositivi.

75

Durata della batteria in uso continuo: Come abbiamo detto la

durata della batteria dipende da tipo di funzionamento specifico

dell’aspiratore (l’Askir si spegne automaticamente dopo al massimo

un’ora gli altri due continuano a funzionare fino alla completa scarica). Se

definiamo 15 L/min, come il limite di flusso, ovvero il valore al di sotto

del quale il dispositivo si può considerare non più utilizzabile, allora

possiamo dire che il VacuAide e l’OB1000 garantiscono un tempo di

utilizzo superiore all’Askir (tempo di utilizzo massimo 60 minuti), ovvero

circa 75 minuti.

Temperatura interna dell’aspiratore: Grazie una termocoppia

abbiamo individuato dove si trovava il punto più caldo all’interno del

dispositivo, ne abbiamo identificato la funzione e ne abbiamo misurato la

temperatura man mano che il dispositivo si scaricava. Abbiamo constatato

che in generale le temperature più elevato possono essere riscontrate nel

VacuAide (temperature che sfiorano i 70°C), mentre negli altri due

aspiratori si raggiungono valori di temperatura inferiori (Askir massimo

65°C, OB1000 massimo 55°C). In tutti i dispositivi abbiamo constatato

che tali temperature non potevano essere fonte di futuri problemi.

76

APPENDICE

Data Sheet : OB1000

77

Data Sheet: VACUAIDE 7305

78

Data Sheet: Askir 36 BR

Documents

ALMA MATER STUDIORUM-UNIVERSITA’ DI …UNI EN ISO 10079-1, stilata dalla Comunità Europea nel 2009, in cui sono specificati i requisiti minimi di sicurezza e di prestazione per